JPH07190930A

JPH07190930A - ガス分析計

Info

Publication number: JPH07190930A
Application number: JP34751493A
Authority: JP
Inventors: Hiroji Kamisaka; 博二上坂; Junji Aoki; 潤次青木
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1993-12-25
Filing date: 1993-12-25
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】唯一つの光学ベンチによって同一成分を低濃
度領域から高濃度領域まで幅広く精度よく測定すること
ができる安価でコンパクトな赤外線ガス分析計を提供す
ること。【構成】光源７と検出器１１との間にセル長が異なる
２つのセル１，２を互いに並列的に設けるとともに、光
源７から検出器１１との間の光路中に光チョッパ１０を
設け、サンプルガスＳが両セル１，２に常時流れるよう
にし、高濃度測定時のみ、セル長が長いセル１側の光路
中に光源７から検出器１１に向かう光線を遮るよう構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非分散型の赤外線ガ
ス分析計などのガス分析計に関する。

【０００２】

【従来の技術】非分散型の赤外線ガス分析計は、ランバ
ート・ベールの法則を基本原理とするものであり、セル
への入射光の強度をＩ₀、セル長（実効セル長）をｌ、
測定波長と測定対象成分によって定まる吸光度係数を
ｋ、測定対象成分の濃度をＣとすると、セルを透過した
光の強度Ｉは、Ｉ＝Ｉ₀ｅ^-kCl ……（１）なる式で表される。

【０００３】したがって、この種のガス分析計における
測定対象成分の濃度と出力との関係は、図５に示すよう
に、測定対象成分の濃度が高くなるにしたがって出力を
表す曲線Ａの曲がりが大きくなり、このため、出力特性
の直線性の関連から、高濃度測定には一定の限界があ
り、同一成分をｐｐｍレベルの低濃度領域から％レベル
の高濃度領域まで精度よく測定することは困難である。

【０００４】そこで、同一成分を低濃度領域から高濃度
領域まで精度よく測定するために、一つの手法として、
図６（Ａ）に示すような、セル長が比較的長いセル（以
下、長セルという）を備えた低濃度レンジ用長セル光学
ベンチＢＬと、高濃度領域を測定するための装置とし
て、同図（Ｂ）に示すような、セル長が比較的短いセル
（以下、短セルという）を備えた高濃度レンジ用短セル
光学ベンチＢＳの両方を用意していた。

【０００５】なお、図６（Ａ），（Ｂ）において、６１
は赤外光源、６２は検出器、６３は光チョッパ、６４は
光学フィルタである。また、６５，６６はサンプルガス
Ｓが導入供給されるサンプルセルで、一方のサンプルセ
ル６５のセル長は他方のサンプルセル６６のそれよりも
大きい。そして、６７，６８は各サンプルセル６５，６
６の長さに合わせて設けられる比較セルで、ゼロガスな
どの基準ガスが封入されている。

【０００６】また、他の手法として、図７に示すよう
に、赤外光源７１と検出器７２との間に、短セル７３と
長セル７４とを光学的に直列配置する一方、２つの三方
電磁弁７５，７６を直列に接続し、この三方電磁弁７
５，７６を適宜開閉することによって、低濃度領域を測
定する場合は、長セル７４にのみサンプルガスＳを供給
し、短セル７３には赤外光を吸収しないゼロガスなどの
パージガスＰを供給し、逆に、高濃度領域を測定する場
合は、短セル７３にのみサンプルガスＳを供給し、長セ
ル７４にはパージガスＰを供給して、一方のセルのみを
測定に使用するように構成したものがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
６に示した構成においては、２つの光学ベンチＢＬ，Ｂ
Ｓを設けるところから、装置の構成が大型化しコストア
ップになるといった不都合がある。

【０００８】また、上記図７に示した構成においては、
図６に示したものと異なり、単一の光学ベンチで測定を
行うことができ、装置の構成が多少小型化されるととも
に、コストの面でも多少改善されるが、次のような不都
合があった。すなわち、図７の構成おいては、低濃度領
域または高濃度領域のいずれか一方を測定している場
合、測定に供されないセルにパージガスＰを供給しなけ
ればならず、サンプルガスＳ以外にパージガスが必要に
なる。

【０００９】また、例えば低濃度領域の測定から高濃度
領域の測定に切り換わる場合、パージガスの切換え供給
を行わなければならないが、この切換えにかなりの時間
を要し、瞬時にレンジ切換えを行うことができないとい
った不便さがある。このことは、例えば自動車からの排
気ガスを希釈して測定する所謂希釈測定モードから排気
ガスを希釈しないでそのまま測定する所謂ダイレクト測
定モードに切換えたり、また、逆に、ダイレクト測定モ
ードから希釈測定モードに切り換えたりするような場合
に瞬時に対応できないことを意味する。

【００１０】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、唯一つの光学ベンチによって同一成分を低濃
度領域から高濃度領域まで幅広く精度よく測定すること
ができる安価でコンパクトなガス分析計を提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のガス分析計は、光源と検出器との間にセ
ル長が異なる２つのセルを互いに並列的に設けるととも
に、光源から検出器との間の光路中に光チョッパを設
け、サンプルガスが両セルに常時流れるようにし、高濃
度測定時のみ、セル長が長いセル側の光路中に光源から
検出器に向かう光線を遮るよう構成されている。

【００１２】

【作用】上記構成のガス分析計においては、例えば低濃
度領域を測定する場合は、長セルおよび短セルの光路は
シャッタによって遮光されないが、この状態から高濃度
領域の測定に切り換えるには、長セル側の光路をシャッ
タによって遮光する。これによって、短セルを通過した
光線のみが検出器に入光され、所望の検出器出力が得ら
れる。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の第１実施例に係る赤外線
ガス分析計を示している。この図において、１，２はサ
ンプルガスＳが導入供給される長セル、短セルで、互い
に並列に配置されている。そして、詳細には図示してな
いが、セル１，２は、その両端が赤外線透過性材料より
なる窓材で封止されているとともに、サンプルガスＳの
導入口１ａ，２ａと導出口１ｂ，２ｂが設けられてお
り、サンプルガス導入口１ａ，２ａは、サンプルガス源
（図示してない）に連なるサンプルガス流路３の他端を
２つに分岐した流路４，５にそれぞれ接続されている。

【００１４】６は長セル１側と短セル２側とのセル長を
等しくするためのスペースセルで、短セル２と光学的に
直列に配置され、両端が赤外線透過性材料よりなる窓材
で封止されているとともに、内部に窒素ガス、アルゴン
ガスなど赤外線吸収を行わないゼロガスが封入されてい
る。なお、この短セル２に対するスペースセル６のセル
長比は大きい方が好ましく、例えば１０〜５００程度で
ある。

【００１５】７はセル１，２の一方の窓側に設けられる
光源部で、セル１，２をそれぞれ照射する２つの赤外光
源８，９を一体化したものからなる。１０は赤外光源
８，９とセル１，２との間に設けられる光チョッパで、
図示してないモータによって回転駆動される。１１はセ
ル１，６の他方の窓側に設けられたコンデンサマイクロ
ホン型検出器で、その２つの受光室１２，１３は、セル
１，６にそれぞれ対応するように配置されている。１
４，１５は受光室１２，１３の直前に設けられた光学フ
ィルタで、例えば測定対象成分がＣＯ₂であるとき、Ｃ
Ｏ₂の吸収波長帯域の赤外光のみを通過させる多層膜干
渉フィルタからなる。

【００１６】そして、１６は長セル１に対応する受光室
１２の入射窓の前面に設けられるシャッタで、長セル１
側の光路を遮断または開放するものである。すなわち、
このシャッタ１６は、図中の矢印ＵＶ方向にスライド自
在であって、これが矢印Ｕ方向に適宜移動することによ
り、受光室１２は、赤外光源８を出て長セル１を通過し
た赤外光が受光室１２へ入射する受光状態となり、この
受光状態から矢印Ｖ方向に移動して、図１に示す状態に
なったとき、前記赤外光が受光室１２への入射を遮ら
れ、受光室１２が遮光状態になる。

【００１７】なお、１７はコンデンサマイクロホン型検
出器１１の出力側に設けられるプリアンプで、その出力
側は図示してない信号処理部に接続されている。

【００１８】次に、上述のように構成した赤外線ガス分
析計を用いて例えば自動車の排気ガス中のＣＯ₂濃度を
測定する場合について説明する。

【００１９】まず、サンプルガスＳ中のＣＯ₂濃度が比
較的低く、ｐｐｍレベルであるときには、シャッタ１６
を矢印Ｕ方向に移動して、コンデンサマイクロホン型検
出器１１の二つの受光室１２，１３を受光状態にすると
ともに、赤外光源８，９によってセル１，２を照射し、
光チョッパ１０を適宜の周波数で回転させる。この状態
で、セル１，２に対して同じタイミングでサンプルガス
Ｓを導入すると、コンデンサマイクロホン型検出器１１
からは、ＣＯ₂濃度を表す交流信号が出力される。そし
て、この交流信号は、プリアンプ１７を介して図示して
ない信号処理部に送られ、所定の信号処理が施されて、
そのときのＣＯ₂濃度が図示してない濃度指示計に表示
される。

【００２０】この場合、短セル２に対するスペースセル
６のセル長比が大きく、したがって、短セル２は長セル
１に比べてかなり短いから、短セル２におけるＣＯ₂の
吸収量は殆ど無視でき、所謂リファレンスセルの役目を
果たす。これにより、所謂ダブルビーム（２光源）の利
点を有する。つまり、光学調整などにより２つの光路の
バランスをとれるので、コンデンサマイクロホン型検出
器１１の振動膜をほぼ中立の状態にでき、したがって、
シングルビーム（一つのセルと一つの光源）に比べバッ
クグラウンドを小さくでき、低濃度領域における信号量
の小さい場合のバックグラウンドの影響を抑えることが
可能となり、高精度の測定を行なえる。

【００２１】次に、サンプルガスＳ中のＣＯ₂濃度がか
なり高く、％レベルであるときには、シャッタ１６を図
１に示すような状態にセットし、コンデンサマイクロホ
ン型検出器１１の長セル１に対応する受光室１２を遮光
状態とし、短セル２に対応する受光室１３のみ受光状態
とする。そして、赤外光源８，９によってセル１，２を
照射し、光チョッパ１０を適宜の周波数で回転させてい
る状態で、セル１，２に対して同じタイミングでサンプ
ルガスＳを導入することにより、コンデンサマイクロホ
ン型検出器１１からは、ＣＯ₂濃度を表す交流信号が出
力され、上述の場合と同様に、そのときのＣＯ₂濃度が
濃度指示計に表示される。

【００２２】この場合、短セル２を用いているので、前
記（１）式におけるｌが小さくなり、したがって、高濃
度領域を高精度で測定できる。

【００２３】そして、上述の説明から理解されるよう
に、低濃度領域の測定および高濃度領域の測定のいずれ
の場合においても、サンプルガスＳは長セル１および短
セル２の双方に供給されており、高濃度領域の測定時の
み、シャッタ１４を所定の方向に移動させて、長セル１
側の光路に対応する受光室１３を遮光し、赤外光源８か
ら受光室１３に向かう赤外光を遮断するようにしてい
る。したがって、低濃度領域を測定しているモードにお
いて、何らかの原因で、ＣＯ₂濃度が上昇し、％レベル
に急増した場合、濃度指示計が所謂スケールオーバーと
なるので、このとき、レンジ切換えを行うとともに、シ
ャッタ１６の切換え操作を行うようにすれば、低濃度領
域の測定から高濃度領域の測定に瞬時に切り換えること
ができる。

【００２４】また、上記とは逆に、高濃度領域を測定し
ているとき、ＣＯ₂濃度が小さくｐｐｍレベルに低下し
た場合も、同様にして高濃度領域の測定から低濃度領域
の測定に瞬時に切り換えることができる。

【００２５】つまり、この発明によれば、検出器の出力
を観察しているときに、ＣＯ₂濃度が大きく変化して
も、これに即座に追従して、測定モードを切り換え、測
定レンジを低濃度領域から高濃度領域、または、高濃度
領域から低濃度領域に切り換えることができる。

【００２６】図２は、この発明の第２実施例に係る赤外
線ガス分析計を示している。この実施例においては、光
源部７として、赤外光源８，９を分離した分離型光源に
するとともに、光チョッパ１０をセル１，２の赤外光源
８，９から遠い側に設けている。この構成によれば、ス
ペースセル６を省略することができる。

【００２７】図３は、この発明の第２実施例に係る赤外
線ガス分析計を示している。この実施例においては、長
セル１と短セル２とを接続流路１８で接続し、サンプル
ガスＳが長セル１と短セル２とをシリーズに流れるよう
にしている。この構成によれば、従来の２光学ベンチ方
式のものに比べて、構成が格段に簡略化される。なお、
この実施例と同様のことを、前記図１の構成に適用する
こともできる。

【００２８】図４は、この発明の第４実施例に係る赤外
線ガス分析計を示している。この実施例においては、検
出器として例えば半導体検出器などのような固体検出器
を用いている。すなわち、図４において、１９は固体検
出器、２０はライトガイドブロックである。このライト
ガイドブロック２０は、長セル１および短セル２を通過
した赤外光を単一の固体検出器１９に入射するようにガ
イドするものであって、例えばアルミニウムからなる中
空体であって、その内周面２０ａがセル１，２側から固
体検出器１９側へ先細り状態のテーパに形成されるとと
もに、鏡面仕上げされている。そして、シャッタ１６は
ライトガイドブロック２０の前面であって長セル１側の
光路を遮断または開放できるように設けられている。

【００２９】上記第２〜第４実施例の赤外線ガス分析計
の動作は第１実施例と同じであるので、その説明は省略
する。

【００３０】この発明は、上述の赤外線ガス分析計のみ
ならず、紫外線ガス分析計など他のガス分析計にも適用
できることはいうまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のガス分
析計によれば、唯一つの光学ベンチによって同一成分を
低濃度領域から高濃度領域まで幅広く精度よく測定する
ことができる。そして、構成が簡略され、コンパクトに
なるとともに、製造コストも大幅に低減される。また、
パージガスなどを流す必要がなく、ランニングコストも
低減される。

【００３２】さらに、この発明のガス分析計において
は、例えば自動車の排気ガスを希釈して測定している状
態から、前記排気ガスを生のままで測定している状態に
急に切り換わっても、測定を中断することなく、レンジ
切換えおよびシャッタ位置の切換えだけで連続測定を行
なえるといった優れた利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す構成図である。

【図２】この発明の第２実施例を示す構成図である。

【図３】この発明の第３実施例を示す構成図である。

【図４】この発明の第４実施例を示す構成図である。

【図５】ガス分析計における測定対象成分の濃度と出力
との関係を示す図である。

【図６】従来技術を説明するための図である。

【図７】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１，２…セル、８，９…光源、１０…光チョッパ、１
１，１９…検出器、Ｓ…サンプルガス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と検出器との間にセル長が異なる２
つのセルを互いに並列的に設けるとともに、光源から検
出器との間の光路中に光チョッパを設け、サンプルガス
が両セルに常時流れるようにし、高濃度測定時のみ、セ
ル長が長いセル側の光路中に光源から検出器に向かう光
線を遮るようにしたことを特徴とするガス分析計。